Сперма – это самый изменчивый из известных типов клеток, размер которых варьируется от 0.002 миллиметра у пресноводной коловратки до почти 6 сантиметров у плодовой мухи. Объяснение того, почему сперматозоиды так разнообразны, было основным направлением эволюционной биологии на протяжении последних 100 лет, потому что сперма, независимо от того, из какого организма, всегда выполняет одну и ту же функцию: оплодотворять яйцеклетки.
«Исследователи обычно пытаются объяснить разнообразие сперматозоидов, сосредотачиваясь на том, как сперматозоиды соревнуются в оплодотворении яйцеклеток или как самки выбирают, какой сперматозоид оплодотворяет свои яйцеклетки», – говорит Ариэль Карл, исследователь кафедры зоологии Стокгольмского университета.
"Но оказывается, что здесь отсутствует часть головоломки – место, где встречаются сперматозоиды и яйцеклетки, также может влиять на размер сперматозоидов."
Чтобы изучить, как расположение оплодотворения влияет на эволюцию сперматозоидов, исследователи собрали данные о размере сперматозоидов более чем 3200 видов животных – от кораллов до млекопитающих, включая человека – и классифицировали каждый вид в зависимости от места пересечения сперматозоидов и яйцеклеток.
"У видов с внутренним оплодотворением, таких как млекопитающие, птицы и насекомые, сперма оплодотворяет яйцеклетки внутри тела самки, в то время как у видов с внешним оплодотворением, таких как морские ежи и многие виды рыб, сперма и яйца выбрасываются в воду и оплодотворение происходит вне тела самки », – объясняет Ариэль Карл.
Исследователи обнаружили, что сперма была в среднем в шесть раз длиннее и быстрее меняла размер у животных, которые использовали внутреннее оплодотворение, по сравнению со спермой животных, которые использовали внешнее оплодотворение.
«Когда сперма выделяется наружу, селекция сохраняет размер сперматозоидов маленьким, чтобы позволить самцам производить много сперматозоидов», – говорит Ронда Снук, профессор зоологии и автор статьи. «Но когда сперма передается самкам с помощью внутренних удобрений, самцы могут лучше конкурировать с более крупной спермой, а самки могут предпочесть оплодотворять яйцеклетки спермой большего размера."
Исследователи также изучили третью форму оплодотворения, обнаруженную у беспозвоночных, называемую сперматозоидом, когда сперма выделяется наружу, а затем фильтруется из воды самками, где они затем оплодотворяют яйцеклетки внутри самки.
«Спермастеринг представляет собой сочетание внутреннего и внешнего оплодотворения, которое дало нам возможность увидеть, какая часть процесса оплодотворения повлияла на эволюцию сперматозоидов», – говорит Джон Фицпатрик, доцент кафедры зоологии Стокгольмского университета и старший автор исследования.
Исследование показало, что у сперматозоидов сперматозоиды маленькие, как внешние удобрения, но быстро развиваются, как внутренние удобрения.
«Наши результаты ясно показывают, что взаимодействие между спермой и самками помогает создать огромное разнообразие размеров сперматозоидов, которое мы наблюдаем у животных сегодня.
Чем больше потенциал взаимодействия между сперматозоидами и самками, тем быстрее развиваются сперматозоиды », – говорит Джон Фицпатрик.
Поскольку люди являются внутренними удобрениями, означает ли это, что у мужчин слишком большие сперматозоиды?? Оказывается, это не так; человеческая сперма примерно такого же размера, как и сперма животных, которые выпускают свою сперму в воду.
"У животных с большим телом, таких как люди, сперма разбавляется внутри репродуктивного тракта самки.
С точки зрения сперматозоидов не имеет значения, происходит ли разбавление внутри самки или в океане – при разбавлении сперматозоиды остаются маленькими. Только когда сперматозоиды ограничены небольшими пространствами внутри самки, сперматозоиды становятся чрезмерно большими », – объясняет Ариэль Карл.
Подробнее об исследовании
Идея о том, что среда оплодотворения влияет на размер сперматозоидов уже более 60 лет.
Но исследователям не удалось проверить эту идею на протяжении всей эволюции животных. В статье исследователи из Стокгольмского университета собрали самую большую из когда-либо собранных баз данных по морфологии сперматозоидов и показали, что размер сперматозоидов увеличивается и быстро изменяется, когда сперматозоиды действуют внутри тела женщины.